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負載型催化劑的性能在很大程度上取決于金屬-載體的相互作用，對催化劑的合理設計具有重要意義，但如何量化負載型催化劑的結構-活性關系仍是一個巨大的挑戰。基于此，東南大學王金蘭教授和凌崇益副教授（共同通訊作者）等人報道了以MoS₂和WS₂負載的單原子催化劑（SACs）為原型，構建了一個簡單的描述子，即有效電子數（標記為Φ），定量描述金屬-載體相互作用對氮還原反應（NRR）活性的影響。

此外，該描述符具有極好的擴展性，應用于其他材料，包括其他金屬二鹵化合物（MoSe₂、MoTe₂、WSe₂、WTe₂和NbS₂），甚至MXenes（V₂CO₂、Ti₂CO₂和Nb₂CO₂）支持的SACs。在這些體系中快速篩選優良的NRR催化劑，成功篩選出三種U_L（Mo@WTe₂、Mo@V₂CO₂和Re@NbS₂）分別低至-0.32、-0.24和-0.31 V的有前景的NRR催化劑。

作者針對不同基底（Mo@MoS₂、Mo@WS₂、Mo@MoSe₂、Mo@WSe₂、Mo@MoTe₂、Mo@WTe₂、Re@NbS₂、Os@Ti₂CO₂、Mo@V₂CO₂和Os@Nb₂CO₂），選擇了最有前景的SACs（U_L最小）來計算NRR的完整自由能圖。

對于MXenes負載的SACs，作者考慮了TM單原子的兩個結合位點，即空心C位點和空心Ti位點。對于所研究的體系（Os@Ti₂CO₂、Mo@V₂CO₂和Os@Nb₂CO₂），空心C位點更有利于單金屬原子的沉積，并將其作為后續計算的模型。

對于所選催化劑，首選的是遠端途徑（*N₂→*NNH→*NNH₂→*N + NH₃→*NH→*NH₂→*NH₃）。除Re@NbS₂外，PDS是大多數體系的第一步或最后一步基本反應（PDS是第三步氫化反應，反應自由能接近第一步，0.31 eV vs 0.25 eV），證明了“兩步策略”是高效的。

此外，在Mo@WTe₂、Mo@V₂CO₂和Re@NbS₂上的NRR的U_L分別低至-0.32、-0.24和-0.31 V，表明這些催化劑具有超高的NRR活性。結果表明，所提出的簡單描述符可量化金屬載體界面對2D材料負載SACs上NRR活性的影響。

A Simple Descriptor for Nitrogen Reduction Reaction over Single Atom Catalysts. Mater. Horiz., 2022, DOI: 10.1039/D2MH01197B.

https://doi.org/10.1039/D2MH01197B.

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?東南大學Mater. Horiz.：SACs上NRR的簡單描述

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